DD277734A1

DD277734A1 - METHOD FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY AND / OR HEATING AND PROCESSING WASTE

Info

Publication number: DD277734A1
Application number: DD32277088A
Authority: DD
Inventors: Heinz E Spliethoff; Bodo Wolf; Burkhard Moeller
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke; Saarberg Interplan Gmbh
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer und/oder Heiz- und Prozesswaerme. Sie bezieht sich auf Kraft-, Heizkraft- und Heizwerke, die mit Dampfkesseln ausgeruestet sind, in denen Brennstoffe mit einem hohen Wassergehalt verbrannt werden. Das Ziel der Erfindung besteht in der Brennstoffeinsparung, Umweltentlastung und der Reduzierung des Stahlverbrauches fuer den Dampfkessel sowie in der Erweiterung der Bandbreite der einsetzbaren Brennstoffqualitaet. Erfindungsgemaess wird das Ziel erreicht durch die Integration eines indirekt beheizten Trockners in den Kraft- oder Heizwerksprozess, der zur Fluidisierung einen Teilstrom der Kesselabgase verwendet, der nach Beladung mit Wasserdampf und Kohlenstaub zur Brennkammer des Dampfkessels zurueckgefuehrt wird, waehrend fuer die indirekte Beheizung der Wirbelschicht im Trockner bei Vorhandensein einer Dampfturbine Entnahme- oder Gegendruckdampf verwendet wird. FigurThe invention relates to a method for generating electrical and / or heating and process heat. It refers to power plants, heating plants and heating plants equipped with steam boilers in which fuels with a high water content are burned. The object of the invention is the fuel economy, environmental relief and the reduction of steel consumption for the boiler and in the extension of the range of usable fuel quality. According to the invention, the goal is achieved by the integration of an indirectly heated dryer in the power or heating process, which uses a partial flow of boiler exhaust gas for fluidization, which is fed back after loading with steam and pulverized coal to the combustion chamber of the boiler, during the indirect heating of the fluidized bed in the Dryer in the presence of a steam turbine extraction or back pressure steam is used. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft e>u Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder Heiz- und Prozeßwärme durch Nutzung der Verbrennungswärme von fossihen, vor der Verbrennung in einem indirekt beheizten Wirbelbetttrockner getrockneten Brennstoffen, insbesondere von Rohbraunkohle, wobei die anfallenden Rauchgase im Wärmetausch mit Arbeitsmittel und Verbrennungsluft auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt, entstaubt, ggf. von weiteren Schadstoffen befreit und dann in die Atmosphäre abgegeben werden.The invention relates to e> u method for generating electrical energy and / or heating and process heat by utilizing the heat of combustion of fossil, dried prior to combustion in an indirectly heated fluidized bed dryer fuels, in particular raw lignite, the resulting flue gases in heat exchange with working fluid and combustion air cooled to an intermediate temperature level, dedusted, possibly freed of other pollutants and then released into the atmosphere.

Characteristic of the known technical solutions

In Kraftwerken, in donen fossile Brennstoffe mit hohem Feuchtegehalt, beispielsweise Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von 50% und mehr, zürn Einsatz kommen, muß ein erheblicher Teil, nämlich bis zu 25%, des eingesetzten Brennstoffes für die Verdampfung des Wassers verwendet werden, welches dann als Wasserdampf zusammen mit dem Rauchgas das Kraftwerk verläßt. Verfahrensbedingt wird dabei die für die Verdampfung benötigte Wärme in nachteiliger Weise auf unnötig hohem Temperaturniveau zur Verfügung gestellt.In power stations in which fossil fuels with a high moisture content, for example crude lignite with a water content of 50% and more, are used, a considerable part, namely up to 25%, of the fuel used must be used for the evaporation of the water, which then as water vapor leaves the power plant together with the flue gas. Due to the process, the heat required for the evaporation is disadvantageously provided at unnecessarily high temperature level.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrados derartiger Kraftwerke ist daher bereits vorgeschlagen worden, den einzusetzenden Bronnstoff vor seiner Verbrennung in indirekt beheizten Wirbolbetttrocknern zu trocknen unter Verwendung des bei der Trocknung anfallenden Brüdonstromes als Trägermedium für das Wirbelbett. Bei derartigen Verfahren sind Nachteile darin zu sohen, daß auf Grund der reinen Wasserdampfatmosphäre im Trockner, d. h. also des hohen Wasserdampfpartialdruckon, die für die Trocknung benötigte Wärme auf relativ hohem Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden muß. Hinzu kommt ein apparativer Aufwand mit verfahrenstypischen Anlagenteilen, wie Brüdenreinigung, Brüdenverdichter, Brüdenkondensator und BrüdenkondensatBufberoitung, der auch bei enger Einbindung in einon Kraftwerksprozeß nicht wesentlich abzubauen ist.To improve the Effizienzos such power plants has therefore been proposed to dry the Bronnstoff to be used before its combustion in indirectly heated Wirbstbetttrocknern using the incurred during drying Brüdonstromes as a carrier medium for the fluidized bed. In such methods, disadvantages are to be seen in that due to the pure steam atmosphere in the dryer, d. H. So the high Wasserdampfpartialdruckon, the heat required for drying at a relatively high temperature level must be provided. In addition, there is an expenditure on equipment with process-typical plant components, such as vapor purification, vapor compressor, vapor condenser and BrüdenkondensatBufberoitung, which is not significantly reduced even in close involvement in a power plant process.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß ohne wesentliche Beeinträchtigung der Verfügbarkeit des Kraftwerksprozesses die Vortrocknung des eingesetzten Brennstoffes mit möglichst geringem Energie- und Apparateaufwand durchgeführt werden kann.The invention has the object of providing a method of the type mentioned in such that without significant impairment of the availability of the power plant process, the predrying of the fuel used with the lowest possible energy and equipment costs can be performed.

Explanation of the essence of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alsTrägermedium für den Wirbelbetttrockner ein Rauchgasteilstrom verwendet wird und daß das bei der Trocknung anfallende Gemisch aus Rauchgas- und Wasserdampf zumindest teilweise ohne vorherige Entstaubung der Feuerung für die fossilen Brennstoffe zugeführt wird.This object is achieved in that carrier medium as a medium for the fluidized bed dryer, a flue gas is used and that the resulting in the drying mixture of flue gas and water vapor is at least partially fed without prior dedusting of the furnace for the fossil fuels.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht ohne wesentlichen Aufwand die energetisch günstige Integration einer Trocknung des Brennstoffes in den vorhandenen Kraftwerksprozeß. Durch die Verwendung eines Rauchgasteilstromes als Trägermedium für das Wirbelbe' ι des Trockners kann auf einfache Weise dessen ansonsten als Abwärme abzugebende Restwärme für den Trocknungsprozeß weiter genutzt werden. Darüber hinaus bewirkt die Vermischung der im Trockner anfallenden Brüden mit dem Rauchgas eine erhebliche rartialdruckabsenkung des Wasserdampfes, so daß die Trocknungswnrme auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden kann. Als Heizmedium kann ein Niedrigtemperaturdampf, wie z. B.The proposal according to the invention allows the energy-favorable integration of a drying of the fuel in the existing power plant process without substantial effort. By using a flue gas partial stream as a carrier medium for the Wirbelbe 'ι the dryer can be used in a simple manner, which would otherwise be discharged as waste heat residual heat for the drying process. In addition, the mixing of the resulting in the dryer vapors with the flue gas causes a considerable rartialdruckabsenkung the water vapor, so that the Trocknungswnrme can be provided at a relatively low temperature level. As the heating medium, a low-temperature steam, such as. B.

abgearbeiteter Anzapfdampf aus dem Wasser-Dampf-!>reislauf des Kraftwerkes, verwendet werden. Zur Einstellung des jeweils optimalen Temperaturniveaus im Trockner kann der Druck des als Heizmedium verwendeten Dampfes geregelt werden, beispielsweise durch Integration einer Gegendruckturbine in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes oder einer geregelten Entnahmekondensationsturbine.Tapped vapor from the water-steam -> reinslauf of the power plant, be used. To set the optimum temperature level in the dryer, the pressure of the steam used as the heating medium can be controlled, for example by integration of a back pressure turbine in the water-steam cycle of the power plant or a controlled extraction condensing turbine.

Dadurch, daß zumindest ein Teil des im Trockner anfallenden Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf in die Feuerung für die fossilen Brennstoffe rückgeführt wird, entfällt zum einen die sonst erforderliche Entstaubung dieses Gasstromes und zum anderen kann der Energiegehalt der mitgeführten Brennstoffpartikel auf einfache Weise im Kraftwerksprozeß mitgenutzt werden.The fact that at least a portion of the resulting in the dryer mixture of flue gas and water vapor is returned to the furnace for fossil fuels, eliminating the one required otherwise dedusting this gas stream and on the other hand, the energy content of the entrained fuel particles are easily shared in the power plant process ,

Die in die Feuerung einleitbare Gasmenge aus dem Wirbelbetttrockner hängt ab sowohl von der Art der verwendeten Feuerung als auch von dem jeweiligen Lastzustand des Kraftwerksprozesses. Dabei ist zu erwarten, daß bei Einsatz der üblichen Schmelzkammer-, Staub- oder Trockenstaubfeuerungen eine größere Gasmenge rückgeführt werden kann als bei Einsatz einer auf niedrigerem Brennkämmertemperaturniveau betriebenen statischen oder zirkulierenden Wirbelbettfeuerung.The amount of gas that can be introduced into the furnace from the fluid bed dryer depends on both the type of furnace used and the respective load condition of the power plant process. It is to be expected that when using the usual melting chamber, dust or dry dust furnaces, a larger amount of gas can be recycled than when using a operated at a lower Brennkämmertemperaturniveau static or circulating fluidized bed combustion.

Der aus auslegungstechnischen Gründen nicht in die Feuerung rückgeführte Rest des im Trockner anfallenden Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf wird nach einem weiteren Merkmal entstaubt und direkt in den Hauptrauchgasstrom des Kraftwerkes vor Rauchgasableitung eingeleitet.The design reasons, not returned to the furnace rest of the resulting in the dryer mixture of flue gas and water vapor is dedusted according to another feature and introduced directly into the main flue gas stream of the power plant before flue gas discharge.

Die Verfügbarkeit des Kraftwerkes wird durch die vorgeschlagene Art der Trocknung kaum beeinträchtigt, da die Hauptgaswege mit den üblichen Anlagenkomponenten nach wie vor in bekannter Weise zur Verfügung stehen und durch die vorgeschlagene Art der Trocknung des Brennstoffes nicht beeinflußt werden.The availability of the power plant is hardly affected by the proposed type of drying, since the main gas paths with the usual system components are still available in a known manner and are not affected by the proposed type of drying of the fuel.

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Trocknung einer als Brennstoff für den Kraftwerksprozeß vorgesehenen Braunkohle. Sie kann selbstverständlich auch auf andere fossile Brennstoffe mit hohem Wassergehalt angewandt werden.The invention relates primarily to the drying of a lignite provided as fuel for the power plant process. Of course, it can also be applied to other fossil fuels with a high water content.

Weitere Erläuterungen sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.Further explanations are given in the embodiment shown schematically in the figure.

embodiment

Gemäß dem in der Figur schematisch dargestellten Kraftwerksprozeß wird Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt bis zu 50% und mehr über eine Leitung 1 zunächst einem Bruchcr oder einer Mühle 2 und dann über Leitung 3 einem Wirlielbetttrockner 4 zugeführt und in diesem bis zu einem Restwassergehalt unter 20% getrocknet. Die getrocknete Braunkohle wird über eine Leitung 5 abgezogen, erforderlichenfalls in einer zweiten Kohlemühle 6 auf das für die Feuerung erforderliche Kornband zerkleinert und dann über eine Leitung 7 in einen Kraftwerkskessel 8 eingespeist und in diesem verbrannt. Die benötigte Verbrennungsluft wird nach ihrenVorwärmung im Wärmetausch mit heißen Rauchgasen in einem Wärmetauscher 9 über eine Leitung 10 in den Kessel eingeleitet. Die in Kessel 8 anfallende Verbrennungswärme wird über Heizflächen 11 auf den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes mit Turbinenstufen 12 und 13, einem Kondensator 15, einer Speisewasserpumpe 16 und einem Generator 17 übertragen.According to the power plant process shown schematically in the figure, lignite coal with a water content up to 50% and more via a line 1 is first a Bruchcr or a mill 2 and then fed via line 3 a random bed dryer 4 and dried in this up to a residual water content below 20% , The dried lignite is withdrawn via a line 5, if necessary, crushed in a second coal mill 6 to the grain band required for firing and then fed via a line 7 in a power plant boiler 8 and burned in this. The required combustion air is introduced after its preheating in heat exchange with hot flue gases in a heat exchanger 9 via a line 10 in the boiler. The resulting in boiler 8 combustion heat is transmitted via heating surfaces 11 to the water-steam cycle of the power plant with turbine stages 12 and 13, a condenser 15, a feedwater pump 16 and a generator 17.

Die den Kraftwerkskessel 8 verlassenden Rauchgase werden zunächst im Wärmetauscher 9 auf eine Temperatur zwischen etwa 130 und 15O⁰C abgekühlt und dann in einem Elektrofilter 18 mit einem Asch-austrag 19 entstaubt.The power plant boiler 8 leaving flue gases are first cooled in the heat exchanger 9 to a temperature between about 130 and 15O ⁰ C and then dedusted in an electrostatic precipitator 18 with an ash discharge 19.

Ein Teilstrom des entstaubten Rauchgases wird erfindungsgemäß mittels eines Gebläses 20 als Trägergas für das Wirbelbett dem Wirbelbetttrockner 4 zugeführt. Dabei wird die Raucngasteilstrommenge ausschließlich nach dem Bedarf des Wirbeltrockners 4, z. B. mit dem Gebläse 20, geregelt b?w. eingestellt. Zweckmäßigerweise ist derTrockner so ausgelegt, daß die auf dem niedrigsten Lastniveau des Kraftwerkes anfallende Rauchgasmenge noch für den Betrieb des Wirbelbetttrockners ausreicht. Auf diese Weise kann der Wirbelbetttrockner unabhängig von dem jeweiligen Lastbereich des Kraftwerksblockes gefahren wardon.A partial stream of the dedusted flue gas is fed to the fluidized-bed dryer 4 by means of a blower 20 as carrier gas for the fluidized bed. In this case, the Raucngasteilstrommenge exclusively according to the needs of the vortex dryer 4, z. B. with the fan 20, regulated b? W. set. Conveniently, the dryer is designed so that the costs incurred at the lowest load level of the power plant flue gas amount is still sufficient for the operation of the fluidized bed dryer. In this way, the fluidized bed dryer can be driven regardless of the respective load range of the power plant block wardon.

Innorhalb des Wirbeibottos kühlt sich der Rauchgasteilstrom im direkten Wärmetausch mit der zu trocknenden Braunkohle auf die Bettomperatur von etwa 80"C ab und verläßt dann zusammen mit den anfallenden Brüden den Trockner 4 über eine Loitung 21. Da das Gemisch aus Rauchgas und Brüden zwangsläufig brennbare Bestandteile aus dem Wirbelbett des Trockners mitführt, wird ein Teilstrom über eino Leitung 28 unmittelbar der Feuerung des Kessels 8 zugeführt. Das Volumen dieses Teilstromes ist dabei abhängig von Vorgaben aus der Kesselauslegung und dem Kesselbetrieb. Der Reststrom des Gemisches aus Rauchgas und Brüden wird in einem Zyklon oder Brüdenfilter 29 entstaubt und dann in die Leitung 27 des Hauptrauchgasstromes eingespoist. In einem hier nur schumatisch dargestellten Anlagenteil 30 wird das Rauchgas von Schadstoffon, wie SO] und gegebenenfalls NO_x, befreit und dann über eine Leitung 31 hier nicht dargestellten Einrichtungen zur Ableitung in dio Atmosphäre zugeführt.Innorhalb the swirling botto the flue gas partial stream cools in direct heat exchange with the lignite to be dried on the Bettomperatur of about 80 "C and then leaves together with the resulting vapors dryer 4 via a Loitung 21. Since the mixture of flue gas and vapors inevitably flammable components From the fluidized bed of the dryer, a partial flow is fed via a line 28 directly to the furnace 8. The volume of this partial flow is dependent on specifications from the boiler design and the boiler operation The residual flow of the mixture of flue gas and vapor is in a cyclone or vapor filter 29 and then dusted into the main flue gas line 27. In a system part 30 shown here only schumatisch the flue gas of pollutant, such as SO] and optionally NO _x , freed and then via a line 31 not shown here devices for dissipation fed to the atmosphere.

Etwa 5-10% der Trocknungswärme wird dem Trockner 2 über den Rauchgasteilstrom zugeführt. Die restlichen 90-95 % werden über ein Wärmetauschersystem 22 eingekoppelt. Hierzu wird der Turbinenstufe 12 über eine Leitung 23 bereits weitestgehend abgearbeiteter Anzapfdampf entnommen, im Wärmetauschersystem 22 kondensiert und über eine Leitung 24 erneut in den Dampf-Wasser-Kreislauf eingespeist. Die aus der Turbinenstufe 12 verbleibende Dampfmenge wird über eine Drosselklappe der zweiten Turbinenstufe 13 zugeleitet. Dabei kann über die Drosselklappe 14 der Druck des über Leitung 23 abgezogenen Dampfes geregelt werden.About 5-10% of the heat of drying is fed to the dryer 2 via the flue gas substream. The remaining 90-95% are coupled via a heat exchanger system 22. For this purpose, the turbine stage 12 is removed via a line 23 already largely processed bleed steam, condensed in the heat exchanger system 22 and fed via a line 24 again in the steam-water cycle. The amount of steam remaining from the turbine stage 12 is fed via a throttle valve to the second turbine stage 13. It can be regulated via the throttle valve 14, the pressure of the withdrawn via line 23 steam.

Die Verwendung von Rauchgas als Trägermedium für das Wirbelbett bewirkt im Trockner eine Absenkung des Wasserdampfpartialdruckes auf bis zu 0,5bar. Diese Partialdruckabsenkung führt zu dem erheblichen Vorteil, daß bezogen auf den Wasserdampf die Trocknung praktisch im „Vakuum" und somit bei besonders niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, mit der Folge, daß der als Heizmedium eingesetzte Turbinenentnahmedampf nahe dem kalten Ende der Turbine mit relativ geringen Auswirkungen auf die Turbinenleistung entnommen werden kann.The use of flue gas as a carrier medium for the fluidized bed causes in the dryer a reduction of the partial pressure of water vapor up to 0.5 bar. This partial pressure reduction leads to the considerable advantage that, based on the steam drying in virtually "vacuum" and thus carried out at particularly low temperatures, with the result that the used as a heating medium turbine extraction steam near the cold end of the turbine with relatively little impact the turbine power can be taken.

Nach einer weiteren, in der Figur gestrichelt eingezeichneten Variante des Verfahrens ist es auch ohne weiteres möglich, über einen Zwisc.ienwärmsträgerkreislauf Restwärme des Hauptrauchgasstromes dem Trocknungsprozeß zuzuführen. Hierzu wird der Rauchgasstrom in einem Wärmetauscher 25 gegen einen geeigneten Wärmeträger abgekühlt, der dann in einem weiteren in dem Wirbelbett des Trockners 4 angeordneten Wärmetauscher 26 die aufgenommene Wärme an das zu trocknende Gut wieder abgibt.According to a further variant of the method shown by dashed lines in the figure, it is also readily possible to supply residual heat of the main flue gas flow to the drying process via a heat exchanger circuit. For this purpose, the flue gas stream is cooled in a heat exchanger 25 against a suitable heat transfer medium, which then emits the heat absorbed in a further arranged in the fluidized bed of the dryer 4 heat exchanger 26 to the material to be dried again.

Claims

1. A method for generating electrical energy and / or heating and process heat by utilizing the heat of combustion of fossil fuels, dried prior to combustion in an indirectly heated fluidized bed dryer fuels, especially von Rohb / aunkohle, the resulting flue gases in heat exchange with work equipment and combustion air on a Cooled intermediate temperature level, dedusted, optionally freed of other pollutants and then released into the atmosphere, characterized in that a dusty flue gas partial stream is already used as the carrier medium for the fluidized bed dryer and that the brv drying of the resulting mixture of flue gas and steam at least partially without prior Dedusting the firing for the fossil fuels is supplied.

2. The method according to claim 1, characterized in that the not recycled to the firing part of the mixture of flue gas and water vapor is dedusted and introduced into the main flue gas stream.

3. The method according to any one of claims Loder 2, characterized in that the flue gas substream used as a carrier medium is adjustable or adjustable depending on the needs of the fluidized bed dryer.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the indirect heating of the fluidized bed dryer takes place at least partially by means of low-temperature steam.

5. The method according to claim 4, characterized in that the pressure of the steam used for the indirect heating of the fluidized bed dryer is controllable.

6. The method according to claims 4 or 5, characterized in that is used for the indirect heating of the fluidized bed dryer in a back pressure turbine relaxed steam from the power plant process.

7. The method according to claims 4 or 5, characterized in that for the indirect heating of the fluidized bed dryer largely relaxed steam from a removal of a condensation turbine or a removal condensing turbine is used.

8. The method according to claim 6, characterized in that the vapor pressure at the removal point by an actuator, for. B. a throttle valve in the path of the remaining vapor stream, is regulated or adjusted.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that is coupled via an intermediate heat carrier circuit heat from the remaining main flue gas stream in the fluidized bed dryer.